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有杆抽油系统杆柱动特性的预测与计算机仿真

作　者: 李冬平
导　师: 刘宏昭；饶建华
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 有杆抽油系统变步长隐式差分法转速波动
分类号: TE933
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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引　用: 11次
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内容摘要

有杆抽油在机械采油中占有相当大的比重，其杆柱动特性的预测是系统效率分析和优化设计的基础。本文对有杆抽油系统的杆柱动特性进行了深入的理论分析和大量的计算机数值仿真计算。主要内容有：对游梁式抽油机机构进行了运动学建模和计算，得出抽油机悬点位移、速度、加速度等运动参数及曲线。然后对抽油机机构进行了动力学分析，求得减速器输出轴扭矩，根据扭矩平衡准则给出了获得曲柄平衡块位置的算法。给出了三次样条插值法模拟抽油杆柱轴线的具体编程算法，并分析了抽油杆柱中微元体所受的力，建立了抽油杆柱振动的波动方程。提出了在同级均质杆段内运用隐式差分格式以及在组合杆边界节点处运用变步长有限差分格式的混合差分法来对抽油杆柱振动的波动方程进行求解分析，并把求得的示功图曲线与实测的示功图曲线进行对比，得到较好的吻合效果。同时将不同油液粘度以及不同抽油杆材料对悬点载荷和曲柄轴扭矩的影响进行比较和分析。考虑电动机转速的波动，建立了有杆抽油系统的等效驱动力学模型。同时对曲柄运动微分方程以及抽油杆柱振动的波动方程进行联立求解，提出了相应的求解算法。求解结果表明采用高转差电动机示功图曲线更加逼近于实测示功图曲线。介绍了本课题开发的有杆抽油系统动态参数仿真软件的工作流程，以及该仿真软件的基本功能。

全文目录

1 绪论  7-13
  1．1 选题依据和意义  7-8
  1．2 有杆抽油系统预测仿真现状和方向  8-12
  1．3 本文主要工作  12-13
2 游梁式抽油机运动学和动力学分析  13-26
  2．1 游梁式抽油机采油工作原理  13-14
  2．2 游梁式抽油机的运动分析  14-17
  2．3 游梁式抽油机的运动学分析结果  17-19
  2．4 游梁式抽油机减速器的扭矩计算与平衡  19-25
    2．4．1 游梁式抽油机减速器的扭矩计算  19-21
    2．4．2 游梁式抽油机的扭矩平衡  21-23
    2．4．3 具体数据计算及结果  23-25
  2．5 小结  25-26
3 抽油杆柱动力学仿真  26-34
  3．1 概述  26-27
  3．2 有杆抽油系统抽油杆柱动力学仿真模型  27-33
    3．2．1 定向井抽油杆柱轴线的计算机模拟  28-30
    3．2．2 抽油杆柱的波动方程  30-31
    3．2．3 抽油杆柱波动方程的边界条件  31-33
  3．3 小结  33-34
4 抽油杆柱波动方程的求解及结果分析  34-55
  4．1 波动方程的差分格式  35-39
    4．1．1 均质杆段的隐式差分格式  35-37
    4．1．2 组合杆柱连接点处的变步长的有限差分格式  37-39
  4．2 边界条件的差分形式  39-40
  4．3 泵负荷时间函数模拟  40-42
  4．4 初始条件的确定  42
  4．5 预测算法  42-45
  4．6 抽油杆柱轴向负荷的计算  45-46
  4．7 油液阻尼系数的确定和抽油杆柱阻力的计算  46-47
  4．8 结果分析  47-54
  4．9 小结  54-55
5 电机转速波动时有杆抽油系统动特性的预测  55-67
  5．1 游梁式抽油机等效力学模型  55-61
    5．1．1 等效阻力矩的计算  56-57
    5．1．2 等效驱动力矩的计算  57-58
    5．1．3 等效转动惯量的计算  58-60
    5．1．4 运动微分方程的数值解法  60-61
  5．2 抽油杆柱振动的波动方程  61
  5．3 系统耦合方程组的数值解  61-63
  5．4 结果分析  63-66
  5．5 小结  66-67
6 定向井有杆抽油系统动态仿真软件开发  67-71
  6．1 有杆抽油系统动态参数仿真软件简介  67-68
  6．2 有杆抽油系统动态参数仿真软件应用例举  68-70
  6．3 小结  70-71
7 全文工作总结  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78

有杆抽油系统杆柱动特性的预测与计算机仿真

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